Podczas procesu spawania metal przeznaczony do spawania jest nagrzewany, topiony (lub osiąga stan termoplastyczny), a następnie krzepnięty i ciągle chłodzony na skutek dopływu i rozprzestrzeniania się ciepła, co nazywa się procesem spawania.
Proces cieplny spawania jest procesem trwającym przez cały proces spawania i staje się jednym z głównych czynników wpływających na jakość i wydajność spawania oraz je determinujących, biorąc pod uwagę następujące aspekty:
1) Wielkość i rozkład ciepła dostarczanego do metalu spoiny determinują kształt i wielkość jeziorka stopionego metalu.
2) Stopień reakcji metalurgicznej w jeziorku spawalniczym jest ściśle związany z wpływem ciepła i czasem istnienia jeziorka spawalniczego.
3) Zmiana parametrów nagrzewania i chłodzenia spawania wpływa na proces krzepnięcia i przemiany fazowej stopionego metalu jeziorka oraz wpływa na transformację mikrostruktury metalu w strefie wpływu ciepła. Dlatego struktura i właściwości spoiny oraz strefy wpływu ciepła spawania są również powiązane z efektem cieplnym.
4) Z powodu nierównomiernego nagrzewania i chłodzenia każdej części spoiny, powstaje nierównomierny stan naprężeń i powstają różne stopnie odkształceń i odkształceń naprężeniowych.
5) Pod wpływem ciepła spawania mogą pojawić się różnego rodzaju pęknięcia i inne wady metalurgiczne, będące wynikiem łącznego wpływu metalurgii, czynników naprężeniowych i struktury metalu poddawanego spawaniu.
6) Ciepło spawania i jego wydajność decydują o szybkości topienia się metalu bazowego i elektrody (drutu spawalniczego), co ma wpływ na wydajność spawania.
Proces cieplny spawania jest znacznie bardziej skomplikowany niż proces cieplny w ogólnych warunkach obróbki cieplnej. Ma on następujące cztery główne cechy:
a. Lokalna koncentracja procesu termicznego spawania
Podczas spawania nie nagrzewa się całości spoiny. Źródło ciepła ogrzewa jedynie obszar znajdujący się w pobliżu punktu bezpośredniego działania. Nagrzewanie i chłodzenie są bardzo nierównomierne.
b. Mobilność źródła ciepła spawalniczego
Podczas procesu spawania źródło ciepła porusza się względem spoiny, a nagrzany obszar spoiny zmienia się nieustannie. Gdy źródło ciepła do spawania znajduje się blisko pewnego punktu spoiny, temperatura punktu gwałtownie wzrasta, a gdy źródło ciepła stopniowo się oddala, punkt ponownie się ochładza.
c. Przejściowy charakter procesu termicznego spawania
Pod wpływem silnie skoncentrowanego źródła ciepła, prędkość nagrzewania jest niezwykle szybka (w przypadku spawania łukowego może osiągnąć ponad 1500 stopni/s), co oznacza, że duża ilość energii cieplnej jest przenoszona ze źródła ciepła do elementu spawanego w bardzo krótkim czasie, a ze względu na nagrzewanie, szybkość chłodzenia jest również duża ze względu na lokalizację i ruch źródła ciepła.
d. Złożoność procesu wymiany ciepła w konstrukcji spawanej
Ciekły metal w jeziorku spawalniczym znajduje się w stanie intensywnego ruchu. Wewnątrz jeziorka stopionego, proces wymiany ciepła jest zdominowany przez konwekcję cieczy, podczas gdy poza jeziorkiem stopionego, głównym procesem jest przewodzenie ciepła stałego, a także występuje konwekcyjny transfer ciepła i promieniowanie transferu ciepła. Dlatego proces cieplny spawania obejmuje różne metody transferu ciepła, co jest złożonym problemem transferu ciepła.
Cechy powyższych aspektów sprawiają, że problem przenoszenia ciepła podczas spawania jest bardzo skomplikowany. Jednakże, ponieważ ma on istotny wpływ na kontrolę jakości spawania i poprawę wydajności, spawacze muszą opanować jego podstawowe prawa i zmieniające się trendy w różnych parametrach procesu.
